不同量级TNT爆炸冲击波参数相似律实验研究*

张玉磊,王胜强,袁建飞,李芝绒

(西安近代化学研究所,西安 710065)

不同量级TNT爆炸冲击波参数相似律实验研究*

张玉磊,王胜强,袁建飞,李芝绒

(西安近代化学研究所,西安 710065)

为研究不同量级的TNT装药爆炸冲击波参数相似律,开展了四种药量TNT静爆实验,获取了不同爆距地面测点的压力-时间曲线,得到了峰值超压、正压作用时间和正压冲量等冲击波参数,并与文献值进行了对比分析。结果表明,冲击波参数均满足爆炸相似律,当比例距离小于3时,实验数据统计规律较差。通过拟合,得到了适用公斤级到百公斤级TNT爆炸的冲击波参数经验公式。

爆炸相似律;峰值超压;正压作用时间;正压冲量;比例距离

0 引言

TNT作为目前使用最广泛的军用炸药,其爆炸冲击波参数常被用于和非TNT炸药进行对比。因此,TNT爆炸冲击波参数的准确计算与获取是威力评估的基础。目前国内外已广泛开展了TNT空中爆炸方面的数值模拟及实验研究,基于爆炸相似律拟合出了多种计算公式,可预估一定药量的TNT爆炸冲击波参数[1-6]。但这些文献的数据主要来自公斤级的小药量实验,一般不超过百公斤级。现役的TNT装药战斗部,装药量范围覆盖了公斤级到百公斤级,目前同时开展不同量级的TNT炸药爆炸冲击波参数相似律研究的并不多见。

文中的研究开展了从公斤级到百公斤级的四种装药量TNT爆炸实验,测量获得了超压峰值、正压作用时间、正冲量等冲击波参数,对比研究了不同装药量级TNT爆炸冲击波参数随比例距离的变化规律,拟合得到了适用于公斤级到百公斤级TNT爆炸的冲击参数经验公式,可满足不同装药量TNT爆炸冲击波参数的计算需求。

1 爆炸相似律

采用相似理论和量纲分析的方法,经过一系列变化可以得到炸药爆炸空中冲击波爆炸相似律公式[7-9]:

(1)

(2)

式中:Δp为冲击波峰值超压(MPa);t+为冲击波正压作用时间(ms);m为以TNT为装药量(kg);r为爆心距离(m)。

正压冲量可由超压和持续时间确定,但计算过程比较复杂,可由相似理论通过实验求得其相似律公式如下[7-9]:

(3)

(4)

(5)

(6)

2 实验

2.1 样品及仪器

实验样品为TNT熔铸药柱,质量分别为2 kg、20 kg、60 kg、115 kg,外形均为长径比为1的圆柱体,密度不低于1.55 g/m3。压力传感器选用PCB公司113B系列压电式石英传感器,测试系统组成如图1所示。

图1 冲击波测试系统组成图

2.2 测试方法

实验时炸高均大于0.35m1/3,在以爆心垂直投影点为起点相互垂直的两条射线上布置压力传感器。起爆药柱均为JH-14炸药,起爆药量小于TNT药柱装药量的2%,实验时采用8#电雷管起爆。

3 结果与分析

3.1 试验结果

四种不同药量的TNT装药爆炸冲击波参数测试结果如表1～表4所示。

表1 2 kg TNT装药爆炸冲击波参数表

表2 20 kg TNT装药爆炸冲击波参数表

表3 60 kg TNT装药爆炸冲击波参数表

表4 114 kg TNT装药爆炸冲击波参数表

3.2 峰值超压

图2 冲击波峰值超压比例距离变化曲线

(7)

该式确定的曲线如图2中“公式(7)”所示。可以看出,不同量级实验数据均在该曲线上下小范围内波动,相比于式(4),该公式更接近试验值。

3.3 正压作用时间

图3 比例作用时间随比例距离变化曲线

(8)

拟合公式确定的曲线如图3中“公式(8)”所示。从图中可以看出,该公式计算得到的不同量级TNT装药的爆炸冲击波正压作用时间t+值更接近测试结果。

3.4 正压冲量

图4 比例冲量随比例距离变化曲线

(9)

拟合公式确定的曲线如图4中“公式(9)”所示。从图中可以看出,该公式计算得到的不同量级TNT装药的爆炸冲击波正压冲量值更符合实验数据。

4 结论

1)在一定比例距离条件下,公斤级到百公斤级的

TNT爆炸冲击波参数值符合爆炸相似律,相似律公式系数需要通过实测数据进行拟合。

2)比例距离小于3 m/kg1/3时,不同量级TNT冲击波峰值超压和比例冲量实验数据相差较大,爆炸近场“测不准”可能是造成此现象的原因之一。

3)通过对不同量级TNT爆炸实验测试数据进行拟合,得到了适用公斤级到百公斤级TNT近地爆炸的冲击波参数公式,满足大部分TNT装药战斗部的爆炸冲击波参数估算需求。

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Experimental Research on Similarity Law of Explosive Shock Wave Parameters with Different Orders of Magnitude TNT

ZHANG Yulei,WANG Shengqiang,YUAN Jianfei,LI Zhirong

(Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an 710065, China)

In order to study the similarity law of explosive shock wave parameters with different orders of magnitude TNT, four static explosion experiments were carried out. At different measure points on the ground, some pressure-time curves of shockwave were got. Meanwhile, some parameters of shockwave were obtained, like peak overpressure, positive pressure time and positive pressure impulse, which were also compared with the data in the literature. The result showed that shockwave’s parameters satisfied the explosion similarity law. However, when the scaled distance was less than 3, the statistical law of experimental data was poor. Through fitting quantities of experimental data, the empirical formulas of shockwave’s parameters were obtained, which could be applied to the explosion of TNT whose magnitudes vary from several kilogram to several hundred kilogram.

explosion similarity law; peak overpressure; positive pressure time; positive pressure impulse; scaled distance

2016-01-23

张玉磊(1987-),男,四川广元人,工程师,研究方向:毁伤测试与评估技术。

TJ55;O383

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